Bacteroidota: ถ้าไม่ให้ใยอาหาร มันจะกินเยื่อบุลำไส้คุณ

ลองขอให้คนส่วนใหญ่จัดกลุ่มแบคทีเรีย คุณจะได้สองกอง: ตัวดีในโฆษณาโยเกิร์ต กับตัวร้ายบนลูกบิดประตู Bacteroidota ไม่ได้อยู่ในกองไหนเลย และนั่นไม่ใช่การเลี่ยงตอบอย่างนักการทูต — มันคือสิ่งที่บันทึกที่ตีพิมพ์ไว้บอก ไฟลัมเดียวกันที่ย่อยส่วนของมื้อเย็นที่คุณย่อยไม่ได้ และที่ช่วยสอนระบบภูมิคุ้มกันของคุณว่าควรอดทนต่ออะไร ก็เป็นกลุ่มเดียวกับที่โผล่มาในการติดเชื้อชนิดไม่ใช้ออกซิเจนเกือบทุกราย เมื่อมันไปอยู่ในที่ที่ไม่ควรอยู่ ฉะนั้นเรามาว่ากันเรื่องข้อดีและข้อเสียตามลำดับ พร้อมระบุชื่องานวิจัยทุกครั้ง

มันคืออะไร ในหนึ่งประโยค

Bacteroidota เป็นไฟลัม — กิ่งขนาดใหญ่มากของต้นไม้ตระกูลแบคทีเรีย — ของแบคทีเรียแกรมลบที่ไม่สร้างสปอร์ ซึ่งสมาชิกของมันเชี่ยวชาญการย่อยน้ำตาลเชิงซ้อน สมาชิกในลำไส้ของมันเป็นพวกไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัด ส่วนไฟลัมนี้ก็ยังมีสายพันธุ์ในดินและในน้ำที่อยู่กับออกซิเจนได้ด้วย

ความเชี่ยวชาญนั้นคือเส้นเรื่องที่ร้อยทุกอย่างไว้ บทปริทัศน์ปี 2019 เรื่องชีววิทยาของไฟลัมนี้บรรยายกล่องเครื่องมือร่วมไว้ว่า สมาชิกจะบรรจุเอนไซม์ที่ทำงานกับคาร์โบไฮเดรตของตนไว้ในตำแหน่งยีนสำหรับใช้ประโยชน์พอลิแซ็กคาไรด์ ซึ่งเป็นกลุ่มยีนที่จะเปิดสวิตช์ก็ต่อเมื่อน้ำตาลที่เข้าคู่กันมาถึงจริง ๆ เท่านั้น และพวกมันก็ผลักเอนไซม์เหล่านั้นออกไปข้างนอกผ่านระบบหลั่งที่พบในไฟลัมนี้และแทบไม่พบที่อื่นเลย ⁴ มันเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพ อย่าเพิ่งสร้างเอนไซม์จนกว่ามื้ออาหารจะมาถึง

มันอาศัยอยู่ตรงไหนในตัวคุณ

ส่วนใหญ่อยู่ในลำไส้ใหญ่ และอยู่กันเป็นจำนวนมหาศาล เมื่อ Eckburg และคณะตรวจลำดับยีนไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ 13,355 ลำดับ จากเยื่อเมือกลำไส้ใหญ่และอุจจาระของผู้ใหญ่สุขภาพดีสามคน ในวารสาร Science ปี 2005 — ซึ่งเป็นความพยายามแรก ๆ ที่จะอ่านลำไส้โดยไม่ต้องพยายามเพาะเลี้ยงอะไรเลย — Bacteroidetes กลับมาในฐานะหนึ่งในสองกลุ่มที่ครองลำไส้ใหญ่ที่แข็งแรง ² งานหลังจากนั้นพบว่าชุมชนจุลินทรีย์จัดตัวเองเป็นรูปแบบที่เกิดซ้ำจำนวนไม่กี่แบบ มากกว่าจะเป็นการไล่ระดับอย่างราบเรียบ: การวิเคราะห์ในวารสาร Nature ปี 2011 ระบุกลุ่มที่มั่นคงสามกลุ่มข้ามกลุ่มประชากรจากหลายประเทศ โดยหนึ่งในนั้นขับเคลื่อนด้วย Bacteroides ¹²

ไฟลัมนี้ไม่ได้อยู่แค่ในลำไส้ ญาติของมันอาศัยอยู่ในปาก ในทางเดินหายใจ และในช่องคลอด และนอกร่างกาย มันเป็นไฟลัมที่ครองดิน ที่ซึ่งเครื่องจักรเอนไซม์ชุดเดียวกันนั้นแยกไกลแคนของพืชและของเชื้อราออกจากกัน แทนที่จะเป็นใยอาหาร ⁴

มันทำอะไรให้เรา

มันกินสิ่งที่คุณกินไม่ได้ จีโนมของคุณเองเข้ารหัสเอนไซม์คาร์โบไฮเดรตไว้เพียงชุดบาง ๆ ส่วนของพวกมันมหาศาล เมื่อ Xu และคณะตีพิมพ์จีโนมฉบับสมบูรณ์ของ Bacteroides thetaiotaomicron ในวารสาร Science ปี 2003 โปรตีโอมจำนวน 4,779 ชิ้นนั้นกลับมีเครื่องมือที่ซับซ้อนสำหรับจับและย่อยพอลิแซ็กคาไรด์ในอาหารที่ปกติแล้วย่อยไม่ได้ บวกกับระบบตรวจจับขนาดใหญ่ไว้คิดว่าน้ำตาลตัวไหนมาถึงแล้ว ³ ผลผลิตจากการหมักของงานนั้น คือกรดไขมันสายสั้น เป็นเชื้อเพลิงที่เยื่อบุลำไส้ใหญ่ของคุณใช้เดินเครื่อง

มันช่วยสร้างระบบภูมิคุ้มกัน นี่คือการค้นพบที่เปลี่ยนวิธีที่วงการพูดถึงจุลินทรีย์ที่อยู่ร่วมอาศัย Mazmanian และคณะแสดงในวารสาร Cell ปี 2005 ว่าโมเลกุลเดียวจาก Bacteroides fragilis คือพอลิแซ็กคาไรด์เอ กำกับการเจริญเต็มที่ของระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์: การใส่แบคทีเรียตัวนี้ลงในหนูปลอดเชื้อแก้ไขความบกพร่องของเซลล์ทีทั่วร่างกายและความไม่สมดุลของเซลล์ทีผู้ช่วย และนำทางการสร้างอวัยวะน้ำเหลือง ในขณะที่สายพันธุ์กลายพันธุ์ที่ขาดพอลิแซ็กคาไรด์นั้นทำไม่ได้ ⁷ น้ำตาลของแบคทีเรียหนึ่งชนิด ทำงานด้านพัฒนาการที่หนูทำเองไม่ได้

ข้อแม้ที่ต้องพูดออกมาตรง ๆ คือ นั่นคือหนูปลอดเชื้อ มันเป็นการสาธิตกลไกที่สะอาดหมดจด ไม่ใช่หลักฐานว่าการแทรกแซงใดในคนจะทำให้เกิดผลแบบเดียวกัน

มันรักษากำแพงเมือกให้ซื่อสัตย์ — ถ้าคุณเลี้ยงมัน Desai และคณะ เขียนไว้ในวารสาร Cell ปี 2016 ว่าพวกเขาให้หนูที่มีชุมชนจุลินทรีย์ลำไส้แบบมนุษย์ที่กำหนดไว้กินอาหารที่ไม่มีใยอาหาร เมื่อขาดพอลิแซ็กคาไรด์จากพืช แบคทีเรียก็หันไปใช้ไกลโคโปรตีนในเมือกของโฮสต์เองเป็นแหล่งอาหาร ชั้นเมือกของลำไส้ใหญ่ถูกกัดกร่อน และสัตว์ก็เปราะบางต่อเชื้อก่อโรคที่เยื่อเมือกมากขึ้นอย่างมาก ⁵ สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นไม่ได้กลายเป็นตัวร้าย พวกมันแค่กินสารตั้งต้นเดียวที่เหลืออยู่

มันทำอะไรกับเรา

นอกลำไส้ มันคือเชื้อก่อโรคที่ร้ายแรง บทปริทัศน์ของ Hannah Wexler ในวารสาร Clinical Microbiology Reviews พูดถึงเลขคณิตนี้อย่างตรงไปตรงมา: สปีชีส์ในสกุล Bacteroides ถูกพบในการติดเชื้อชนิดไม่ใช้ออกซิเจนเกือบทุกราย โดยมีอัตราตายที่สัมพันธ์กันมากกว่า 19 % และ B. fragilis ซึ่งคิดเป็นเพียงราว 0.5 % ของจุลินทรีย์ในลำไส้ใหญ่ของคน กลับเป็นเชื้อก่อโรคชนิดไม่ใช้ออกซิเจนที่แยกได้บ่อยที่สุด เพราะปัจจัยความรุนแรงของมัน ไม่ใช่เพราะปริมาณของมัน ⁶ เมื่อผนังลำไส้ถูกเจาะด้วยการผ่าตัด การทะลุ หรืออุบัติเหตุ ผู้อาศัยที่เงียบเชียบก็กลายเป็นฝี

มันพกการดื้อยาปฏิชีวนะที่น่าเกรงขาม บทปริทัศน์เดียวกันตั้งข้อสังเกตว่าสปีชีส์ในสกุล Bacteroides มีกลไกดื้อยาปฏิชีวนะมากที่สุดและมีอัตราการดื้อยาสูงที่สุดในบรรดาเชื้อก่อโรคชนิดไม่ใช้ออกซิเจนทั้งหมด โดยการดื้อยาทางคลินิกต่อเซฟอกซิทิน คลินดามัยซิน เมโทรนิดาโซล คาร์บาพีเนม และฟลูออโรควิโนโลนเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ⁶ นั่นคือเหตุผลให้ใช้ยาอย่างมีวินัย ไม่ใช่เหตุผลให้กลัวลำไส้ใหญ่ของตัวเอง

สายพันธุ์แบบหนึ่งมีแฟ้มประวัติเรื่องมะเร็ง B. fragilis บางตัวมียีนสำหรับสารพิษที่หลั่งออกมา Wu และคณะแสดงในวารสาร Nature Medicine ปี 2009 ว่า B. fragilis ชนิดที่สร้างสารพิษในลำไส้ แต่ไม่ใช่ชนิดที่ไม่สร้างสารพิษ กระตุ้นให้เกิดลำไส้อักเสบและเหนี่ยวนำเนื้องอกในลำไส้ใหญ่อย่างรุนแรงในแบบจำลองหนูที่เป็นเนื้องอกลำไส้ ผ่านทางเดินการอักเสบแบบ Th17 ซึ่งปิดกั้นได้ด้วยการลบล้างฤทธิ์อินเทอร์ลิวคิน-17 ⁸ ส่วนในคน Boleij และคณะเปรียบเทียบชิ้นเนื้อเยื่อเมือกจากผู้ป่วยเนื้องอกลำไส้ใหญ่และทวารหนัก 49 คน กับกลุ่มควบคุม 49 คน แล้วพบยีนสารพิษบนตัวอย่างของผู้ป่วยด้านซ้าย 85.7 % และด้านขวา 91.7 % เทียบกับชิ้นเนื้อของกลุ่มควบคุม 53.1 % และ 55.5 % ⁹

ข้อแม้ และมันเป็นข้อแม้ใหญ่: นั่นคือความสัมพันธ์ในงานวิจัยขนาดเล็ก กลุ่มควบคุมครึ่งหนึ่งก็มียีนนั้นเหมือนกัน และการมียีนสารพิษไม่เท่ากับการเป็นมะเร็ง งานในหนูแสดงว่ากลไกมีอยู่จริง งานในคนแสดงความสัมพันธ์ที่ควรค่าแก่การศึกษาต่อ ไม่มีชิ้นไหนแสดงความเป็นเหตุเป็นผลในคน

ในปาก สมาชิกตัวหนึ่งเขียนทั้งห้องใหม่ Porphyromonas gingivalis สังกัดไฟลัมนี้ และเป็นตัวอย่างตั้งต้นของสมมติฐานเชื้อก่อโรคหลักค้ำยัน ซึ่งวางไว้ในวารสาร Nature Reviews Microbiology ปี 2012: สิ่งมีชีวิตที่มีปริมาณน้อยซึ่งก่อโรคไม่ใช่ด้วยการเติบโตแซงทุกตัว แต่ด้วยการปรับโครงสร้างชุมชนที่เดิมไม่มีพิษภัยให้กลายเป็นชุมชนที่ทำร้าย ¹⁰

เรื่องชื่อ: Bacteroidota หรือเดิมคือ Bacteroidetes

ทั้งสองชื่อถูกต้อง แต่ชื่อหนึ่งเป็นชื่อปัจจุบัน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ลำดับขั้นไฟลัมยังไม่มีสถานะในประมวลการตั้งชื่อโพรแคริโอตอย่างเป็นทางการ พอมันมีสถานะแล้ว Oren กับ Garrity ก็ตีพิมพ์คำบรรยายอย่างเป็นทางการที่ให้สถานะสมบูรณ์แก่ชื่อไฟลัม 42 ชื่อในปี 2021 และ Bacteroidetes ก็ถูกจัดให้เป็น Bacteroidota ¹ NCBI Taxonomy เก็บไฟลัมนี้ไว้ใต้ชื่อปัจจุบัน โดยระบุ “แบคทีเรียกลุ่ม CFB” ไว้เป็นป้ายชื่อเก่าอย่างไม่เป็นทางการ ส่วนรหัสอนุกรมวิธานอยู่ในแผงข้อมูลของหน้านี้ ถ้าคุณจะค้นวรรณกรรม ให้ค้นทั้งสองตัวสะกด — งานคลาสสิกข้างต้นส่วนใหญ่ตีพิมพ์ภายใต้ชื่อเก่า

พาดหัวเรื่อง “สัดส่วนลำไส้คนผอม” และทำไมจึงไม่ควรเชื่อ

คุณคงเคยเจอข้ออ้างว่าสัดส่วน Bacteroidetes ต่อ Firmicutes ที่สูงเป็นเครื่องหมายของลำไส้คนผอม มันไม่ยืนยง Sze กับ Schloss รวมชุดข้อมูลอิสระสิบชุดในวารสาร mBio ปี 2016 แล้วพบว่า แม้ค่าวัดความหลากหลายบางตัวจะสัมพันธ์กับภาวะอ้วนอย่างอ่อน ๆ แต่สัดส่วน Bacteroidetes ต่อ Firmicutes และปริมาณของแต่ละไฟลัมกลับไม่สัมพันธ์ แบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องที่ฝึกบนชุดข้อมูลหนึ่งแล้วทดสอบกับชุดอื่น ทำความแม่นยำในการจำแนกได้มัธยฐานระหว่าง 33.01 % ถึง 64.77 % และความต่างของความหลากหลายแบบแชนนอนระหว่างคนอ้วนกับคนไม่อ้วนอยู่ที่ 2.07 % ¹¹

นั่นคือบทสรุปที่ซื่อตรงของพาดหัวข่าวตลอดทศวรรษ ไฟลัมนี้สำคัญอย่างมหาศาลต่อวิธีที่ลำไส้ของคุณทำงาน แต่บนหลักฐานปัจจุบัน มันไม่ใช่ปุ่มหมุนที่คุณจะอ่านค่าจากผลตรวจอุจจาระแล้วลงมือทำอะไรได้